米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）催化化学跨学科研究中心，官能团转换小组 Hajime Kawanami，化学系统组化学工艺研究部高级首席研究员，Tetsuya Kodaira，筑波大学研究生院数学与材料科学研究生院化学学位课程高级首席研究员与 Lee Il-shu（博士生）合作，开发了一种能够实现稳定光谱测量的新方法即使在产生气泡的化学反应进行过程中，反应溶液也会发生变化。
氢气作为可以替代化石燃料的能源而受到关注。一次甲酸的方法并正在研究运输它。从甲酸再生氢气需要高效且长寿命的催化剂。在这项研究中，水中反应过程中产生的气体（氢气、二氧化碳）的存在使得使用紫外线或可见光等测量方法观察反应过程变得困难。
当高速搅拌含有气体和液体混合物的反应溶液时，由于气体和液体之间的密度差而产生的离心力差使它们迅速分离。这次，我们利用这一现象，开发了一种通过甲酸脱氢产生氢气的反应溶液。紫外-可见漫反射光谱的测量，由于气体的存在，我们能够显着降低测量过程中的噪音。此外，现在可以以高精度和稳定性测量长时间内光谱的时间变化。
该技术可用于评估催化剂性能并研究各种气体生产反应中的反应速率。
该技术的详细信息将于 2022 年 9 月 17 日（英国时间）公布。化学通讯
在日本，计划到 2030 年，氢和氨将占总电力需求的 1%（94 亿千瓦时）（根据第六次基本能源计划）。我们正在生产甲酸来满足对氢气的需求。氢载体在这种情况下，我们开发了无需使用泵等压缩而仅通过化学反应即可从甲酸中提取氢气的技术，并且还开发了在高压下连续分离氢气和二氧化碳的技术。另一方面，为了将甲酸作为氢载体社会化，需要有一种长寿命的甲酸脱氢催化剂，能够保持一年以上的活性。为了改进催化剂，有必要详细阐明甲酸制氢的反应机理。然而，反应过程中产生的氢气和二氧化碳等气体使得光谱测量变得困难，并且在阐明催化剂劣化机理方面尚未取得进展。
AIST正在研究和开发利用甲酸作为氢载体的高效制氢系统，并正在开发高活性的甲酸脱氢催化剂（2012 年 3 月 9 日 AIST 新闻稿)和低成本高压制氢技术(2015 年 12 月 11 日 AIST 新闻稿）等已经开发出来。此外，我们还积极与海外研究机构开展基础研究合作，构建氢载体系统。2017 年 12 月 15 日 AIST 通知）。作为该技术开发的一部分，我们开发了一种新的光谱测量技术，以阐明甲酸制氢过程中的催化反应机理。
当开发使用甲酸的制氢技术时，由于产生的气体的影响，很难进行光谱测量来研究反应状态。换句话说，用它来测量探测灯由于被溶液中生成的气体散射，传统上很难获得足够强度的稳定信号（图 1）。因此，我们设计了一种简单有效的方法将产物气体从反应溶液中分离出来并获得稳定的信号。
图1 使用传统光谱法进行紫外-可见光谱测量的问题（透射法）
这项技术开发的起源是发现，当含有气体混合物的悬浮液在圆柱形池中高速搅拌时，由于气体和液体之间的密度差异导致的离心力差异，气体很快分离到容器的中心，液体快速分离到容器的外周（图2）。然后，在分离的液体中添加适量的高纯度α-氧化铝作为光散射剂，并进行调整，使得在探测光照射时获得足够的散射光（图3），将获得的散射光进一步用凹面镜聚焦，以检测到具有足够强度的稳定信号。高信噪比的紫外-可见漫反射光谱。当我们使用这种方法测定甲酸脱氢反应的活化能时，我们获得的能量值（69kJ/mol）略低于使用传统气体流量计测量的值（71kJ/mol）。例如，使用叶轮式气体流量计检测气体产生量时，会涉及因叶轮旋转而造成的压力损失等机械损失。另一方面，该技术不受这些因素的影响，因此可以获得更准确的值。
图2 高速搅拌时产生的气体如何聚集在中心
视频1：高速搅拌时产生的气体如何聚集在中心
图 3 添加氧化铝后会发生什么
利用这项技术，即使在产生气泡的化学反应中，通过在圆柱形池中高速搅拌反应溶液，我们也实现了稳定的紫外-可见漫反射光谱的连续测量，噪音很小。该技术可用于评估催化剂性能并研究产生各种气体且实时测量传统上很困难的反应中的反应速率。
*本新闻稿中的图 2 和图 3 摘自并修改自原始论文“使用巧妙的紫外-可见漫反射光谱系统对甲酸脱氢进行现场观察”。
由于这种光谱技术的高度通用性，我们将其应用于红外光谱和X射线光谱等各种光谱方法，并用它来阐明未解决的反应机理。
我们还将利用技术来阐明甲酸脱氢反应过程中的详细反应机理，从而延长催化剂的寿命。
通过高性能催化剂的开发，为以甲酸为氢载体的高效系统的实际应用以及氢能社会的实现做出贡献。
已出版的杂志：化学通讯
论文标题：使用巧妙的紫外-可见漫反射光谱系统对甲酸脱氢进行原位观察
作者：李日升、小平哲也、河波肇